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• joaquin vallejos

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GUÍA DE LABORATORIO

1. Introducción En la presente guía el alumno aprenderá a desarmar, verificar estado de partes mecánicas, verificar estado de componentes eléctricos, armar y probar un alternador, el cual haya sido previamente diagnosticado y mediante pruebas en bancos de medición o con multitester corroborar el diagnóstico para efectuar la correcta reparación. 2. Objetivos Al completar esta guía el alumno será capaz de: 

Desarmar un alternador.



Armar un motor alternador.



Corroborar el estado interno de un alternador.



Realizar prueba de funcionamiento en banco de pruebas.

3. Marco teórico Alternador El alternador igual que la antigua dinamo (generador de corriente continua), es un generador de corriente eléctrica que transforma la energía mecánica que recibe en su eje en energía eléctrica que sirve además de cargar la batería, para proporcionar corriente eléctrica a los distintos componentes eléctricos del vehículo como son el sistema de alimentación de combustible, el sistema de encendido, las luces, los limpias parabrisas, etc.

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El alternador sustituyo a la dinamo debido a que esta última tenía unas limitaciones que se vieron agravadas a medida que se instalaban más accesorios eléctricos en el automóvil y se utilizaba el automóvil para trayectos urbanos con las consecuencias sabidas (circulación lenta y frecuentes paradas). La dinamo presentaba problemas tanto en bajas como en altas revoluciones del motor; en bajas revoluciones necesita casi 1500 R.P.M. para empezar a generar energía, como consecuencia, con el motor a ralentí no generaba corriente eléctrica; una solución era hacer girar a mas revoluciones mediante una transmisión con mayor multiplicación, pero esto tiene el inconveniente de: que a altas revoluciones la dinamo tiene la limitación que le supone el uso de escobillas y colector. El alternador genera corriente alterna, la cual se transforma en pulsos mediante una etapa de rectificación, a través de diodos rectificadores o puente rectificador. Luego esta señal eléctrica se debe mantener en un nivel estable para no afectar la carga de la batería y los componentes eléctricos, este nivel esta dentro de un rango de 13 a 14,5 Volts y el elemento encargado de estabilizar y controlar estos rangos es la caja reguladora.

En la figura anterior se aprecian los elementos constituyentes más importantes del alternador, donde la corriente de excitación (la encargada de crear el campo magnético que crea el voltaje alterno) pasa por los anillos rozantes e ingresa en el devanado de excitación en el lado del rotor (o parte móvil del alternador). Debido a la forma de garra que tiene el rotor, denominado garra polar, se crean cierto número de polos que implican una mayor cantidad de señales incidentes en los devanados del estator, por lo general son 12 o 14 polos, siete o seis salientes en cada garra, tal como muestra la siguiente figura.

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Al girar el alternador, movido por la polea conectada a la correa de distribución (de accesorios, generalmente) el campo magnético generado por el devanado de excitación induce voltaje alterno en cada una de las fases del estator (o parte estática del alternador), el cual es rectificado por los diodos de potencia y está conectado hacia los componentes eléctricos del vehículo y la batería. Por otra parte, los diodos de excitación rectifican el voltaje, para que a través de la caja reguladora controlen la cantidad de corriente que ingresa al devanado de excitación de esta forma, se controla la cantidad de campo magnético inductor, por lo tanto, se controla el nivel de voltaje generado en las bobinas del estator. En la figura siguiente se muestran las formas de ondas de salidas de un inducido, donde sólo hay dos polos (para entender la idea del funcionamiento), es decir un alternador simplificado para fines didácticos.

La próxima figura muestra las formas de ondas que vería la batería, es decir sólo donde hay tensión y no los solapos como mostraba el esquema anterior.

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En la figura de abajo se muestran las formas de ondas de salidas del puente rectificador, donde se aprecian las semi-ondas producidas por las fases al entrar en contactos con los polos. Por lo tanto, la cantidad de semi-ondas que se verán será el producto de las fases por los polos, ejemplo: Si el alternador tiene 12 polos y es trifásico se verán 36 semi-ondas.

La señal que ve al final la batería será todas las zonas donde hay tensión, tal como muestra la siguiente figura:

En las siguientes imágenes podemos apreciar el despiece de alternadores de un Nissan Almera, dónde podemos apreciar el torque que recomienda el fabricante para las respectivas tuercas:

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Podemos apreciar que el conjunto del regulador de voltaje difiere de un modelo de alternador a otro, específicamente el porta escobillas que se conecta a los anillos rozantes puede variar en su forma constructiva, también la placa del puente rectificador, la forma y conexiones del estator (estrella y/o triángulo). Inspección individual del alternador Puesto que un alternador en fallo resulta en carga insuficiente y/o fallo del regulador, se debe inspeccionar en busca de cables cortados y cortocircuito de los diodos rectificadores, desgaste de escobilla, insuficiente aislamiento de bobina, etc. (1) Inspección de diodos rectificadores. Generalmente se utilizan 8 diodos rectificadores. Cualquier diodo que tenga algún cable cortado o esté en cortocircuito sufrirá una disminución en la salida de alternador. 1) Inspeccionar visualmente las partes soldadas y recalcadas. 2) Comprobar individualmente, mediante tester, la conductividad de cada diodo. (Ver Foto-1) Comprobar que entre E y 1), 2), 3) y 4) en su dirección normal, tenga conductividad y en su dirección inversa no tenga conductividad. Sí se detecta un diodo defectuoso debe cambiarse por uno nuevo. (Foto-1)

(Foto-1)

 Levantar el cable de bobina del estator para que no tenga contacto con

Intercambiar los polos del tester

el terminal

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(2) Inspección de escobillas Puesto que las escobillas son partes que conducen electricidad hacia la bobina del rotor, el desgaste de las mismas motiva un mal contacto entre el rotor y el anillo colector y produce una carga insuficiente. 1) Confirmar que la longitud de escobilla que sobresale de la porta escobilla está dentro del límite. 2) Confirmar el suave movimiento de escobilla, moviéndola con los dedos. (3) Inspección de la bobina del rotor Puesto que este elemento produce una fuerza magnética indispensable para la generación eléctrica, si se tiene cable cortado y/o en contacto apoyando, motivará la carga insuficiente. (Ver Foto-2) 1) Medir la resistencia, mediante tester, entre anillos colectores. (Ver Foto-2). Una lectura superior a 2.5Ω es permisible. Sí no hay conductividad se debe cambiar, ya que el cable estará cortado. Sí el tamaño es excesivamente pequeño se debe cambiar por una nueva, ya que esta tiene un cortocircuito interior. 2) Inspeccionar la superficie del anillo colector. Inspeccionar que la superficie de anillo colector esté lisa y librelimpia de substancias extrañas, a saber, aceite, etc. Sí la superficie está rugosa, sucia y/o rota, se debe rectificar o limpiar. 3) Inspeccionar que la corriente de la bobina del rotor no esté contactando a través del núcleo. Lectura entre un lado del anillo colector y el núcleo de rotor, más de 10Ω, valor medido mediante mega óhmetro, es permisible. (Foto-3) Normalmente indicará un valor infinito. Sí hay conductividad debe cambiar, ya que la bobina de rotor estará contactando. (Foto-3)

(Foto-2)

(4) Inspección de la bobina del estator

(Foto-4)

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El estator es el elemento que produce tensión eléctrica y se compone de tres bobinas. 1) Comprobar la conductividad entre terminales de la bobina del estator. (Foto-4) Comprobar que haya conductividad entre 3) y 1), 2) y 4). (La resistencia aceptable es menor que 10Ω) es permisible. Sí no hay conductividad se debe cambiar, ya que el cable estará cortado. 2) Medir la resistencia de aislamiento entre bobina y núcleo. Para medir esta resistencia se debe desarmar el alternador y extraer del mismo el estator. Lectura de resistencia de aislamiento entre cable de cada bobina y núcleo más de 10Ω, valor medido mediante mega óhmetro, es permisible. Sí hay conductividad se debe cambiar, ya que la bobina de estator estará contactando. Para corroborar la caja reguladora se debe realizar una prueba en el vehículo o un banco de medición. Actividad 1: DESARME, PRUEBAS Y ARMADO DE UN ALTERNADOR. a. Equipos requeridos -

1 Alternador (de preferencia con regulador integrado, pero no es necesario) b. Instrumentos requeridos

-

1 Multitester c. Herramientas requeridas

-

1 Caja de herramientas

-

1 Caja de dados

-

Puntas de dados dependientes de las cabezas de las tuercas y tornillos

-

Toalla de papel para el desarme d. Descripción y procedimiento

1.- Habilitar un área de trabajo en un banco de taller colocando trozos de toallas de papel, para dejar las piezas del motor y el propio cuerpo del motor, como muestra la figura 10.

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Figura 10: Área de trabajo

2.- Marcar con un plumón para pizarra o lápiz de mina la posición inicial de TODOS los pernos e indicar con flechas la posición de éstos, como muestra la figura 10 para identificar la posición al momento del armado 3.- Retirar todos lo pernos que impidan el desmonte del alternador, cuidando de no hacer fuerza ni golpear el equipo al realizar el desarme. 4.- En algunos casos es necesario retirar el perno de la polea, para eso se debe ocupar una llave Allen y una llave punta y corona, sujetando con la punta y soltando con la Allen. No ocupar la punta de una llave punta y corona para realizar torque, debido a que se puede soltar ésta, provocando algún daño físico al operario. RECUERDE DE MARCAR ANTES DE DESARMAR 5.- No es necesario desarmar por completo, sólo lo necesario apara acceder a las bobinas del rotor y el estator. 6.- Terminado el desarme el resultado debería ser similar a lo mostrado en la figura 11. 7.-

ATENCIÓN: Llamar al profesor para que corrobore el procedimiento de desarme.

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a) Lado de los anillos rozantes

b) Lado regulador de un alternador GM Figura 11: Desarme alternador

8.- Verificar el estado de los carbones y el estado de los resortes. IMPORTANTE: si encuentra partes sucias limpiar sin utilizar solventes y cuidando de no rayar ninguna de las bobinas. 9.- Realizar pruebas de continuidad y asilamiento en los anillos rozantes, ver figura 12. Se recomienda en vez de hacer pruebas de continuidad medir resistencias, siendo lo óptimo un valor entre 2,5 a 5 ohm. Si es menor hay espiras en corto circuito, si es cero hay corto circuito a masa. Si es infinito el cable está cortado. Para la medición se debe colocar el óhmetro en la escala mínima y medir entre los anillos rozantes. Anotar el valor de la medición en la tabla adjunta.

Figura 12: Prueba de continuidad

10.-Realizar pruebas de aislamiento, ver figura 13, entre las bobinas y el eje para lo cual dejaremos fija la punta roja en un anillo y la otra la cambiaremos por varias zonas del eje y carcasa. Para la prueba se debe colocar el óhmetro en la escala más alta y debe marcar infinito. Si marca algún valor (aunque sea en la escala elevada) implica que hay algún problema de aislamiento. Anotar el valor en la tabla adjunta

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Figura 13: Prueba de aislamiento

11.- Desmontar el rectificador y los diodos de excitación (en caso de tenerlos) y realizar la prueba a los diodos, en caso de un alternador distinto a un GM, revisar el procedimiento indicado por el marco teórico. Colocar el tester en modo de revisión de diodo (

), colocar la punta roja en un extremo y la

negra en la otra, luego realizar la medición e intercambiar la posición de las puntas. En una posición debe medir infinito y en la otra el valor del diodo. Para el caso del puente rectificado se debe realizar el mismo tipo de medición.

Figura 13: Prueba diodos de excitación integrado

12.-Corroborar el estado de las bobinas del estator midiendo la resistencia, en la escala más baja del óhmetro, entre cada fase. No existe un valor predeterminado, depende del fabricante, pero este debe ser el mismo para todas las fases. Tal como muestra la figura 14 y anotar los valores en la tabla adjunta.

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Figura 14: Prueba de las fases del alternador

13.-Corroborar el estado del aislamiento entre las fases y la carcasa del estator, midiendo resistencia en la escala más alta. Los resultados deben ser infinito, si marca algún valor implica que hay fallas en el aislamiento. Anotar los valores en la tabla.

Figura 15: Prueba de las fases del alternador

Medición

Valor

Unidad

Estado

Comentario

Continuidad anillos rozantes Aislamiento anillos rozantes Diodos rectificadores Diodos de excitación Continuidad de las fases Aislamiento de las fases

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14.-

ATENCIÓN: Llamar al profesor para que corrobore sus resultados.

Actividad práctica: Desarme, evaluación y armado de alternadores. Instrucciones: Realice las operaciones mencionadas tomando todas las precauciones tanto de seguridad como de procedimientos de armado y desarmado, no olvide extremar las medidas en la utilización de multitester. Al momento de realizar las mediciones de su alternador guíese por las figuras y comente cada una de las mediciones realizadas. Pruebas a las bobinas del rotor Bobina del rotor use un óhmetro en la escala de resistencia baja, ponga las puntas como se indica en la ilustración. Si indica entre 2 y 300 ohmios; la bobina funciona bien; si la lectura del óhmetro no se mueve, significa que la bobina está cortada (circuito abierto). DC V L1

R(Ω): ________ Comentario: ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ahora pruebe la bobina del rotor en la escala de resistencia baja, ponga las puntas como se muestra en la ilustración; si la lectura del ohmetro no se mueve significa que el rotor funciona bien, pero si la aguja se mueve quiere decir que la bobina tiene contacto eléctrico con el núcleo metálico de la bobina. DC V L1

1er Terminal R(Ω): ________ Comentario: ……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… 2do Terminal R(Ω): ________

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Comentario: ……………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………. BOBINA DEL ESTATOR

Ponga el ohmetro en la escala de baja resistencia, ponga las puntas como se muestra en la ilustración, la aguja no debe indicar continuidad. Si la aguja se mueve; la bobina está abierta [tiene corto] Tome nota: la bobina, es un alambre enrollado cubierto de barniz, cada terminal es un extremo, por lo tanto, debe existir continuidad, si no es así; se debe a que el alambre se encuentra cortado, en alguna parte de su enrollado.

R(Ω): ________ Comentario: …………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………

NO DATA DC V

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Terminal 1-2 R(Ω): ________ Comentario: …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Terminal 2-3 R(Ω): ________ Comentario: …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Terminal 3-1 R(Ω): ________ Comentario: …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. Comprobación del puente rectificador de diodos

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Si el alternador tiene un puente rectificador similar a este, conecte un óhmetro, tal como se indica en la ilustración, un cable al disipador térmico aislado, y el otro al sujetador de metal, tome una lectura, y luego invierta las puntas del óhmetro, y tome otra, deberá obtener una lectura alta y una baja, si las lecturas son aproximadamente iguales; cambie el puente rectificador. Repita la prueba entre los otros dos sujetadores.

Complete y dibuje configuración de conexión

D1

D2

D3

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

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Si el alternador tiene un trio de diodos similar a este, conecte el ohmetro, como se ve en la ilustración; tome una lectura; luego invierta las puntas y tome otra lectura; una lectura alta y una baja, indican que el trío de diodos esta en buenas condiciones; pero si las lecturas son similares, debe remplazar el trío de diodos.

Complete y dibuje configuración de conexión

D1

D2

D3

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

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Si el alternador tiene diodos instalados en forma similar a como se ve en la ilustración. Conecte el ohmetro, entre el terminal de cada diodo y la caja de los diodos; luego invierta las puntas del ohmetro, y compruebe nuevamente; si hay una lectura alta y una baja, el diodo esta en buenas condiciones; si las lecturas son similares, deberá remplazarlo.

Complete y dibuje configuración de conexión

D1

D2

D3

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

V V V V V V

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MONTAJE DE CARBONES Aquí mostramos la forma, en que se debe detener los carbones, brochas o cepillos antes de la instalación. Se usa un un sujetador de papel o equivalente.Así se facilita la instalación; pero no olvide retirar el sujetador, cuando termine la instalación.

Aquí mostramos otra forma de montaje para los carbones, brochas o cepillos antes de la instalación. Se usa un sujetador de papel o equivalente. Así se facilita la instalación; pero no olvide retirar el sujetador, cuando termine la instalación.

DESGASTES COMUNES Aquí mostramos el soporte, o alojamiento típico de los cepillos,brochas, carbones; excesivamente gastados o quemados

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DIODO S

CATODO

ANODO

ANODO

CATODO

DIODO ZENER

DIODO RECTIFICADOR

CATODO

ANODO

ANODO

CATODO

DIODO POSITIVO

DIODO NEGATIVO

Según la figura adjunta investigue acerca de los diodos: 1.- Diodo Rectificador:……………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.- Diodo Zener:……………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.- Diodo Conectado positivo: ……………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… 4.- Diodo Conectado negativo: …………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………

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Identifique los componentes del alternador

1.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 4.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 5.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 6.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 7.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 8.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 9.-………………………………………………………………………………………………………………………………… 15.-Comenzar a armar, empezando de lo último se que desarmó y teniendo cuidado de seguir las marcas realizadas al momento de desarmar (borrar las marcas después de armar la pieza). Para montar los carbones debe armar la tapa donde se montan los carbones, empujar estos con los dedos y por el costado externo introducir por un orificio, colocado a la altura de los carbones, un tobo metálico fino (se puede ocupar una llave allen), tal como muestra la figura 16. Cuidar que el tubo introducido calce el los orificios de los carbones de tal forma que retenga los carbones para poder montar la tapa (o el otro lado del alternador en caso que éste se desarme en dos grandes piezas).

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Figura 16: Soporte para los carbones o escobillas

16.-Terminado el armado, cuidar de borrar todas las marcas. 17.-

ATENCIÓN: Avisar al profesor que evalúe su actividad y compruebe su armado, antes de tapar el motor.

18.-Ordenar el puesto de trabajo.

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